‘壹’ 一文读懂后量子加密（PQC）
技术的前进虽推动了社会的发展与变革，但也带来了严重的安全挑战，量子计算即是其中一项可能对将来构成重大威胁的技术。由于其强大的处理能力，黑客可能利用量子计算解密敏感信息、侵入银行账户、随意转移资金以及监控企业网络，这些行为极大地影响了数字平台的信任度。
因此，确保信息安全至关重要，密码学正是保护通信和数据安全的关键工具。通过使用复杂的代码或算法，密码学确保只有持有正确解密密钥的人才能访问信息，有效阻止非法访问。
密码学的强项在于它能保证数据在传输过程中的完整性未被篡改，这对于维护信任至关重要。它还开发了防止实体否认其信息或文件真实性的机制，并提供了安全的通信渠道。考虑到量子技术的复杂性和先进性，密码学也必须不断进步以应对这些挑战。
后量子密码学是一种设计用来抵御基于量子计算机的攻击的算法。在深入探讨后量子密码学的工作原理和功能之前，我们首先需要理解量子计算的基本工作方式。
量子力学被认为是解释所有物理现象行为的关键理论，即便是计算机的运行也受到这一理论的影响，尽管这些计算机并非量子计算机。
量子计算机利用内部状态的特殊变换来执行计算，这些变换依据量子力学的规则在严格控制的条件下进行。在量子计算机的物理系统中，必须对每一个逻辑比特进行精确编码，以防止任何未经程序控制的物理交互发生。这种交互，即便看似与经典系统无关，都可能对量子计算机造成灾难性的影响。这一概念基于兰道尔的见解，即所有信息最终都是物理信息——无论是经典计算机中的二进制信息，还是记录在物理系统中的信息。
量子比特及其能够处于叠加状态的特性至关重要，它大幅提高了处理特定任务的能力。此外，量子计算还依赖于量子纠缠这一核心原理，它允许量子比特即使相隔遥远也能相互影响，这对提升计算效率和改进错误修正机制至关重要。这种机制能够增强正确的计算路径并剔除错误的路径，从而提高系统的总体效率。
这些量子计算机通过操纵量子比特来进行计算，利用其独特的特性以超越传统计算机的方式处理信息。这些系统需要极低的温度，并与所有外部环境隔绝，以确保量子态的保持和避免退相干——这是一项极其挑战性的任务。
对这些挑战的解决方案将推动量子计算在密码学、药物开发和优化挑战等领域的变革。多年来，研究工作一直集中于寻找解决方案，并且对量子计算可能对网络安全（特别是在密码学领域）带来的影响进行了深入研究。
例如，RSA算法是最流行和广泛使用的加密算法之一，它由Rivest、Shamir和Adleman开发，是公司如诺基亚和微软等提供的安全基础设施的核心组成部分。高级加密标准（AES）则是另一种广泛采用的加密技术，主要用于客户端和服务器端的数据加密，类似于加密网络流量。
然而，量子技术能够在短短8小时内破解长达2048位的RSA加密，这突显了量子计算面临的挑战及其潜在影响。量子计算的加速在于量子比特的特性，它可以同时存在于多个状态，这种现象也称为量子并行性，显着提高了解密速度。
数字基础设施安全方面，大多数系统目前采用安全套接层（SSL）和传输层安全（TLS）协议来确保服务的认证、完整性和保密性。这些协议依赖于复杂的对称加密算法来加密数据并生成消息认证码（MAC）。量子算法，如肖尔算法，能够高效处理大整数并破解加密，类似于RSA算法（通常用于密钥交换）。
量子算法的进展，如Grover算法，可能将密钥的理论有效性降低一半，这意味着256位密钥的安全性可被视为等同于128位密钥。这些发展凸显了该领域面临的严峻挑战，以及为什么需要加强研究，以确保更好的保护措施。
后量子密码学（PQC）及量子密码学领域已经开发出了多种密码学技术和算法，显着提升了对抗量子威胁的能力。与量子密码学不同，后量子密码学并不依赖于任何基于量子特性的数学问题。其重点在于避免使用整数因式分解和离散对数问题来加密数据。
例如，基于编码的密码学利用了纠错码理论，依赖于随机生成的线性编码的解码难度。另一种方法是基于同源的密码学，涉及到椭圆曲线之间的非常数映射，可通过多项式形式表达。基于格的加密技术是最为突出和可靠的，它基于一个无限延伸的点构成的高维数学结构。在所有这些技术中，基于格的加密技术被认为是最可靠和有效的。
美国国家标准与技术研究院（NIST）在开发和标准化抗量子加密技术方面扮演着至关重要的角色。NIST启动了一个专门项目，旨在开发能够抵御量子计算攻击的后量子加密（PQC）算法，以保护数字基础设施免受量子技术带来的复杂性和挑战。
NIST开发了多种技术和方法以增强和维护数字基础设施的安全性和完整性，并确保通信的顺畅进行，不受量子技术进展的干扰。从众多候选算法中，有四种算法被选定为标准化算法。这些算法各具特色，包括基于公钥封装技术的算法和三种数字签名方案，被视为保护安全免受量子威胁的重要一步。
总的来说，后量子加密（PQC）在保护数字通信、数据存储和在线交易免受潜在量子攻击方面取得了显着进展。通过放弃传统的策略和数学方法，采纳更复杂的数学模型，PQC加强了数字安全，确保了加密信息的保密性和防篡改性。虽然量子技术尚处于发展阶段，但鉴于其潜在的攻击应用，开发能够对抗量子计算力的技术变得尤为重要。